WO2013062002A1 - 画像読取装置 - Google Patents

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WO2013062002A1
WO2013062002A1 PCT/JP2012/077472 JP2012077472W WO2013062002A1 WO 2013062002 A1 WO2013062002 A1 WO 2013062002A1 JP 2012077472 W JP2012077472 W JP 2012077472W WO 2013062002 A1 WO2013062002 A1 WO 2013062002A1
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light
mirror
scanning direction
image reading
reading apparatus
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PCT/JP2012/077472
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正 美濃部
隆仁 中西
松村 清一
哲生 船倉
河野 裕之
岡本 達樹
卓 松澤
泰典 松本
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an image reading apparatus used for image reading and image identification such as a copying machine and a financial terminal device.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose reading devices using a mirror array.
  • Japanese Patent No. 4453752 (FIG. 1)
  • Japanese Patent No. 4594411 (FIG. 1)
  • Patent Document 1 is arranged in parallel with a plurality of parallel paths in the main scanning direction from the first mirror 6 to the second mirror 11 through the first lens 7, the aperture mirror 8 and the second lens 9. It is the structure arranged in a shape. Therefore, there has been a problem that it is difficult to reliably separate the light beams of adjacent paths.
  • Patent Document 2 describes a configuration in which the direction of the first mirror 6 is alternately changed for each path of adjacent light beams, and the adjacent light beams can be reliably separated by this method.
  • the structure supporting the first mirror 6 is thin, and there is a problem that it is difficult to stably hold the optical axis of the imaging optical system. .
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an image reading apparatus in which image quality deterioration due to light beam interference in an adjacent optical path is reduced and the optical axis is stable.
  • the image reading apparatus collimates the scattered light of the light reflected by the irradiated object and reflects it as a substantially parallel light beam inclined in the sub-scanning direction along the main scanning direction.
  • a concave first lens mirror arranged in an array, a plane mirror that reflects light from the first lens mirror, and a plane mirror through an opening arranged in an array that is light-shielded and selectively allows light to pass
  • Apertures arranged in an array that allows light from the light to pass through, incident light from the apertures, concave second lens mirrors arranged in an array that reflects as convergent light, and light from the second lens mirrors
  • a light receiving unit having a light receiving region that forms an image corresponding to light from the opening.
  • the image reading apparatus of the present invention since the adjacent optical paths of the imaging optical systems arranged in an array are arranged so as not to be close to each other, it is possible to stabilize the optical axis by configuring a robust structure. At the same time, there is an effect of obtaining an image reading apparatus in which deterioration of image quality due to interference of light rays is reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. It is sectional drawing seen from the position according to the main scanning direction of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • (A) And (b) is a schematic top view explaining arrangement
  • (A), (b), and (c) are the whole block diagrams containing the side surface of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention, and are the top views which referred and illustrated each side surface.
  • (A), (b), and (c) are the top views which referred and illustrated each side surface of the sensor board
  • (A) And (b) is a top view of sensor IC of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • (A) is a block configuration diagram of an image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • (B) is a figure which shows the time change of the voltage in each line area.
  • (C) is a figure which shows the output value of each pixel in 1 line area.
  • It is a connection diagram of sensor ICs of the image reading apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is the connection diagram by the other Example of sensor ICs of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • or (g) are timing charts of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a comparison / collation / decimation / repair circuit of an image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
  • FIG. 1 It is a figure explaining the optical path of the subscanning direction of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention. It is a figure explaining the optical path embodied in the subscanning direction of the image reading apparatus by Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the image reading apparatus according to the first embodiment.
  • an image reading apparatus includes an irradiation source (light source) 3, a printed wiring board 4, a heat sink 5, a concave mirror 6, a first lens mirror 7, a plane mirror 8, an aperture 9, an opening 10, and a second lens mirror. 11, sensor IC 12, sensor substrate 13, electronic component 15, housing 16, and bottom plate 17.
  • the irradiated object 1 is an irradiated object (also called a manuscript) such as a document or a medium.
  • the top plate 2 is a transparent top plate that supports the irradiated body 1.
  • the irradiation source (light source) 3 is an irradiation source such as a light emitting diode (also referred to as LED) that emits light.
  • a printed wiring board (also referred to as an LED board) 4 is a board for fixing the irradiation source 3 and supplying a current at the same time.
  • the heat sink 5 receives the heat generated by the irradiation source 3 through the printed wiring board 4 and radiates it into the air.
  • the concave mirror 6 reflects light emitted from the irradiation source 3 in the direction of the document 1 and makes it substantially parallel light.
  • a first lens mirror (also referred to as a first lens) 7 receives scattered light from the document 1.
  • the plane mirror 8 receives and reflects substantially parallel light from the first lens 7.
  • the aperture 9 receives substantially parallel light from the plane mirror 8.
  • the opening 10 is provided on or near the surface of the aperture 9, and the light that passes through the aperture 9 is restricted while the surroundings are shielded.
  • a second lens mirror (also referred to as a second lens) 11 receives and collects the passing light from the aperture 9.
  • the sensor IC 12 is a sensor IC (also referred to as a light receiving unit) having a MOS semiconductor configuration including a photoelectric conversion circuit that receives reflected light from the second lens 11 that has passed through the opening 10 and performs photoelectric conversion and a driving unit thereof.
  • the sensor substrate 13 is a sensor substrate on which the sensor IC 12 is placed, and includes a first sensor substrate 13a and a second sensor substrate 13b.
  • the electronic component 15 is an electronic component such as a capacitor or a resistor placed on the sensor substrate 13.
  • the casing 16 fixes an imaging optical system that is an imaging means composed of a sensor IC and a mirror.
  • the bottom plate 17 fixes the lens and the housing 16. Further, as shown in FIG.
  • a signal processing IC (ASIC) 14 that performs signal processing on a signal photoelectrically converted by the sensor IC 12, and a signal processing substrate and a sensor on which the ASIC 14 and the like are mounted.
  • An internal connector 19 that electrically connects the substrate 13 is placed.
  • the reflected light (scattered light) from the irradiated body 1 is propagated except for the illumination optical system and the illumination optical system in the part constituted by the irradiation source 3, the LED substrate 4, and the concave mirror 6, and a lens, a mirror, or the like
  • the housing portion that houses the imaging optical system configured as described above is called an imaging unit (imaging optical system unit).
  • imaging optical system unit imaging optical system unit
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the cross-sectional view shown in FIG. 1 at another position in the main scanning direction.
  • the imaging optical system portion forming the light propagation path has a symmetrical structure to that shown in FIG. 1 with respect to the reading position.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • 3 (a) and 3 (b) are schematic plan views for explaining the arrangement of the imaging optical systems arranged in an array with a 10 mm pitch mounted on the image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Light receiving lines are formed on one side (one side in the sub-scanning direction) centering on a reading line extending in the main scanning direction (reading width direction of the original 1), and adjacent light receiving lines are provided in an array and are alternately symmetrical. It has a structure.
  • the first lens 7 and the second lens 11 are arranged on the bottom plate 17 so that the lenses arranged on one side in the sub-scanning direction and the lenses arranged on the other side in the sub-scanning direction are alternately adjacent to each other. It is arranged in a dusty shape.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • 4 (a), 4 (b), and 4 (c) are overall configuration diagrams of the image reading apparatus according to the first embodiment of the present invention, and are plan views that refer to and show each side surface.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are plan views of the first sensor substrate 13a and the second sensor substrate 13b.
  • the sensor IC 12 arranged linearly on the first sensor substrate 13a and the sensor IC 12 arranged linearly on the second sensor substrate 13b are arranged in parallel to each other and reflected from the irradiation part of the irradiated object 1. Read image information in an interpolative manner. Therefore, there may be a gap between adjacent sensor ICs 12 arranged linearly in one line, and the arrangement of the sensor ICs 12 arranged linearly may be different from each other in two parallel lines. good.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are plan views of the sensor IC 12.
  • the sensor IC 12 includes a photoelectric conversion unit 20, a photoelectric conversion / RGB shift register drive circuit 21, and a wire bonding pad unit 22.
  • the photoelectric conversion unit also referred to as a pixel
  • an RGB filter composed of gelatin material made of red (R), green (G), and blue (B) is arranged on the light receiving surface for one pixel (bit).
  • the photoelectric conversion / RGB shift register drive circuit 21 photoelectrically converts the light incident on the pixel 20 for each RGB, holds the output, and drives it.
  • the wire bonding pad portion 22 is for inputting and outputting signals and power to the sensor IC 12.
  • FIG. 7A is a block diagram of the image reading apparatus according to the first embodiment.
  • the image reading apparatus includes an amplifier 23, an analog / digital converter (A / D converter) 24, a signal processing unit 25, a system interface circuit 26, a RAM 27, a CPU 28, and a light source driving circuit 29.
  • the amplifier 23 amplifies the signal photoelectrically converted by the sensor IC 12.
  • the analog / digital converter 24 performs analog / digital conversion on the amplified photoelectric conversion output.
  • the signal processing unit 25 performs signal processing on digital outputs of RGB colors.
  • the system interface circuit 26 exchanges signals between the image reading apparatus and the system main body side.
  • the RAM 27 stores image information for each color.
  • the CPU 28 controls the operation of each unit of the image reading apparatus.
  • the light source driving circuit 29 drives the light source 3 to irradiate the irradiated object 1 with light.
  • Embodiment 1 of the present invention The operation of the optical system of the image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
  • Light from the light sources 3 arranged in an array over the main scanning direction of the irradiated body is reflected by the concave mirror 6 disposed so as to extend in the main scanning direction of the irradiated body, and is substantially parallel light.
  • the scattered light reflected by the irradiated object 1 is reflected by the concave first lens 7 as collimated light inclined at one side in the sub-scanning direction (rightward in FIG. 1).
  • the light from the first lens 7 is reflected by the plane mirror 8 while being inclined to one side in the sub-scanning direction.
  • the light from the plane mirror 8 is irradiated with a substantially parallel light beam on the window (opening 10) of the aperture 9. Further, the light emitted from the window 10 is reflected by being tilted to one side in the sub-scanning direction by the second lens 11 and is incident on the sensor IC 12 for each light beam, so that the image information becomes an inverted image on the light receiving surface of the sensor IC 12. Form an image.
  • FIG. 2 shows an optical path in which the scattered light reflected by the irradiated object 1 is inclined to the other side in the sub-scanning direction (leftward in FIG. 2) and is incident on the sensor IC 12. Is symmetric with respect to a plane orthogonal to the sub-scanning direction.
  • the light reflected by the irradiated object 1 takes an optical path reflected by the first lens 7 by being inclined from the vertical direction to one side in the sub-scanning direction as shown in FIG. 1, and the sub-scanning as shown in FIG. Some of them take an optical path that is reflected by being inclined toward the other side of the direction.
  • the first lenses 7 arranged in a dust pattern on the bottom plate 17 are configured such that the first lenses 7 that reflect the reflected light from the irradiated body 1 in such a manner as to be inclined in opposite directions are alternately adjacent to each other.
  • the optical path incident on the sensor IC 12 mounted on the first sensor substrate 13a and the optical path incident on the sensor IC 12 mounted on the second sensor substrate 13b do not intersect with each other. There is an effect that there is no light beam interference.
  • FIG. 7A based on the system control signal (SYC) and the system clock signal (SCLK) from the system main body, the clock signal (CLK) of the signal processing IC (ASIC) 14 and this are transmitted via the system interface circuit 26.
  • a start signal (SI) synchronized with is output to the sensor IC 12.
  • a continuous analog signal for each pixel (n) is output from the sensor IC 12 for each reading line (m).
  • the output is 144 pixels as a unit.
  • the analog signal amplified by the amplifier 23 is A / D converted by the A / D converter 24 to be converted into a digital signal.
  • the signal output of each pixel (bit) is subjected to shading correction and all bit correction.
  • Processing is performed by a correction circuit to be performed.
  • the correction data is read out from the RAM 27 storing correction data obtained by uniformizing the data read in advance with a reference test chart such as a white original, and a digital signal corresponding to the A / D converted image information is processed. By doing. Such a series of operations is performed under the control of the CPU 28.
  • This correction data is used to correct sensitivity variations among elements of the sensor IC 12 and light source non-uniformity.
  • the ASIC 14 turns on the light source lighting signal (LC) in conjunction with the CPU 28, and the light source driving circuit 29 receives the power to the LED 3 for a predetermined time.
  • the start signal (SI) is output from the shift register of each element (pixel) forming the RGB drive circuit of the sensor IC 12 in synchronization with the CLK signal continuously driven.
  • the image information (image output) in RGB synchronized with CLK is obtained by sequentially turning ON and the corresponding switch group sequentially opening and closing the SIG (SO) line.
  • This image output is an output of each image read and accumulated in the previous line.
  • CNT shown in FIG. 10G is a color / monochrome switching signal, and is normally set to a high level in the color mode.
  • BLK (blanking) time is set for each color reading section of one line, and exposure time setting is varied. Therefore, all SIG (SO) is released in the BLK section.
  • FIG. 11 is a principle diagram illustrating the light path in the main scanning direction.
  • the scattered light which is the image information of the irradiated object 1, is collimated and reflected so that it becomes a substantially parallel light bundle when it is assumed that it is emitted from a point light source on the surface of the irradiated object (document) 1.
  • the light enters the first lens 7.
  • Light from each lens arranged in an array is irradiated as a substantially parallel light beam onto the windows (openings 10) of the apertures 9 that are discretely installed at a pitch of 10 mm through the reflection of the plane mirror 8.
  • the image information formed on the pixels of the light receiving portion of each sensor IC 12 is a reverse image with respect to the irradiated object 1 such as a document.
  • the SIG (SO) signal is simultaneously output as an analog signal in three series for each RGB by a shift register sequential switching signal provided in the drive circuit of the sensor IC 12.
  • FIG. 12 is a principle diagram for explaining the light path in the main scanning direction of the array that emits light in the same sub-scanning direction of the optical system arranged in an array. It shows that the light that is effectively incident on the sensor ICs 12 (indicated by 12a and 12b) arranged in parallel in two rows is different for each adjacent array.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining rearrangement and signal processing of reverse image data of an A / D converted RGB signal, and shows a case where data is rearranged every 144 bits and then signal processing is performed.
  • each RGB (SO) signal is stored in each cell constituted by the shift register circuit and latched (LA) after the data left-shifted by the shift register circuit.
  • LA latched
  • data rearranged as SIG (SO) from the first cell of the sensor IC 12 sequentially in accordance with the write signal (WR) is stored in the RAM 27, and correction calculation processing is performed.
  • SIG SO
  • the comparison / collation / decimation / repair circuit in the next stage.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a comparison / collation / decimation / repair circuit.
  • data stored in the RAM1 and RAM2 areas, which are part of the RAM 27, are sequentially input to the shift register, and the RAM27 (RAM1 and RAM2) data in the array boundary area are compared and verified.
  • the light path is reversed in the sub-scanning direction for each adjacent array, so main scanning due to reflection by some unnecessary light due to the space between the array on the same side and the array on the opposite side
  • the pixel information at the corresponding position of the shift register is subjected to a difference after comparison, and weighting of the image data output is performed.
  • the weighting is increased for the data of the outermost pixel, and the weighting is decreased for the inner pixel.
  • one of the regularly reflected light regions is normal data, and the non-normally reflected light region is invalid data. These data are output after address conversion by a multiplexer circuit. Further, the data area to be interpolated is set along the overlap of the regular data and the invalid data area.
  • the image data subjected to the correction calculation processing is processed through a system interface circuit 26 by a color management and color management engine including data analysis and data restoration.
  • a color management and color management engine including data analysis and data restoration.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the optical distance.
  • One focal position of the first lens 7 substantially coincides with the irradiated object 1, and the other focal position coincides with the aperture 9.
  • FIG. 16 is a schematic view that embodies a light flux in addition to a light path, and shows that parallel light passes through the aperture 9.
  • FIG. 17 embodies a light path in the sub-scanning direction that combines adjacent array-like optical systems according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical distance from the first lens 7 to the second lens 11 is shown in FIG.
  • the rays in the path across L2, L3 and L4 are substantially parallel light.
  • the optical axis of the reflected light from the irradiated object 1 is slightly inclined from the vertical direction.
  • This is an array of imaging optical systems such as the first lens 7 arranged in an array. This is in order to reliably perform signal processing of the configured boundary region. For this reason, in an image reading apparatus that does not have a horizontal arrangement or an image reading apparatus with a low resolution or a low reading speed, the optical axis may be perpendicular to the transport direction.
  • the adjacent optical paths of the imaging optical systems arranged in an array are arranged alternately and symmetrically around the reading line. For this reason, it is possible to obtain an image reading apparatus in which the optical axis is stabilized by configuring a simple and robust structure, and at the same time, image quality deterioration due to light beam interference is reduced.
  • FIG. 18 is a cross-sectional configuration diagram of an image reading apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • light guides 130 are rod-shaped light guides for propagating light, and two light guides 130 are arranged extending in the main scanning direction of the irradiated object 1.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • FIG. 19 is a plan view for explaining a light source portion including a light guide according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the irradiation source (light source) 140 is an irradiation source such as a light emitting diode (also referred to as LED) that emits light.
  • the emission part 130 a is an emission part of the light guide 130.
  • the incident part 130 b is an incident part of illumination light to the light guide 130.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • the illumination light emitted from the LED 140 is emitted from the incident portion 130b of the light guide 130 to the inside of the light guide, propagates inside the light guide, and is emitted from the emitting portion 130a to the outside of the light guide.
  • the irradiation part of the document 1 is irradiated over the main scanning direction.
  • the image reading apparatus is configured to irradiate the document 1 with the irradiation light of the LED 140 installed at the end of the rod-shaped light guide 130 from the emitting unit 130a.
  • the image reading apparatus can be configured with fewer LEDs than in the first embodiment, and there is an advantage that a large effect is achieved in downsizing.
  • two light guides 130 are arranged with respect to the irradiated object 1, but light may be irradiated with only one of them.

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Abstract

 画像読取装置は、被照射体(1)で反射した光の散乱光をコリメートし、副走査方向へ傾斜させた略平行光線束として反射する主走査方向に沿ってアレイ状に配置した凹形の第1レンズミラー(7)と、第1レンズミラー(7)からの光を反射する平面鏡(8)と、周囲が遮光され、選択的に光を通過させるアレイ状に配置した開口部(10)を介して平面鏡(8)からの光を通過させるアレイ状に配置したアパーチャー(9)と、アパーチャー(9)からの光を入射し、収束光として反射させるアレイ状に配置した凹形の第2レンズミラー(11)と、第2レンズミラー(11)からの光を入射し、開口部(10)からの光に対応して結像する受光領域を有する受光部とを備える。

Description

画像読取装置
 この発明は、複写機や金融端末装置などの画像読み取りや画像識別に用いる画像読取装置に関するものである。
 画像情報を読み取る画像読取装置として、例えば、特許文献1及び特許文献2には、ミラーアレイを用いた読取装置が開示されている。
特許第4453752号公報(第1図) 特許第4594411号公報(第1図)
 しかしながら、特許文献1に記載のものは、第1ミラー6から第1レンズ7、アパーチャミラー8及び第2レンズ9を経て第2ミラー11に至る光線の経路を主走査方向に複数個並列にアレイ状に配置する構成である。そのため、隣接する経路の光線を確実に分離することが困難であると言う課題があった。
 特許文献2に記載のものは、隣接する光線の経路毎に第1ミラー6の方向を交互に変える構成を記載しており、隣接する光線はこの方法により確実に分離することが出来る。しかし、隣接する光路の第1ミラー6が近接するため、第1ミラー6を支持する構造体が細くなり、撮像光学系の光軸を安定に保持することが困難であると言う課題があった。
 この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、隣接する光路の光線干渉による画質劣化を低減し、光軸が安定した画像読取装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明に係る画像読取装置は、被照射体で反射した光の散乱光をコリメートし、副走査方向へ傾斜させた略平行光線束として反射する主走査方向に沿ってアレイ状に配置した凹形の第1レンズミラーと、第1レンズミラーからの光を反射する平面鏡と、周囲が遮光され、選択的に光を通過させるアレイ状に配置した開口部を介して平面鏡からの光を通過させるアレイ状に配置したアパーチャーと、アパーチャーからの光を入射し、収束光として反射させるアレイ状に配置した凹形の第2レンズミラーと、第2レンズミラーからの光を入射し、開口部からの光に対応して結像する受光領域を有する受光部と、を備える。
 この発明に係る画像読取装置によれば、アレイ状に配置した撮像光学系の隣接する光路を互いに近接することのないように配置したので、堅牢な構造を構成することで光軸を安定させると同時に、光線の干渉による画質の劣化が低減された画像読取装置を得る効果がある。
この発明の実施の形態1による画像読取装置の断面図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の主走査方向別位置から見た断面図である。 (a)及び(b)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置の結像光学系の配置を説明する模式平面図である。 (a)、(b)及び(c)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置の側面を含む全体構成図であり、各側面を参照図示した平面図である。 (a)、(b)及び(c)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置のセンサ基板の各側面を参照図示した平面図である。 (a)及び(b)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置のセンサICの平面図である。 (a)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置のブロック構成図である。(b)は、各ライン区間における電圧の時間変化を示す図である。(c)は、1ライン区間における各画素の出力値を示す図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置のセンサIC同士の結線図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置のセンサIC同士の他実施例による結線図である。 (a)乃至(g)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置のタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の光の経路を説明する原理図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の光の経路を説明する原理図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の逆像データの並べ替え及び信号処理を説明する図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の比較・照合・間引・修復回路を説明するブロック図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の副走査方向の光経路を説明する図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の副走査方向の具現化した光経路を説明する図である。 この発明の実施の形態1による画像読取装置の副走査方向の具現化した光経路を説明する図である。 この発明の実施の形態2による画像読取装置の断面図である。 この発明の実施の形態2による画像読取装置の導光体を含む光源部分を説明する図である。
 実施の形態1.
 以下、この発明の実施の形態1に係る画像読取装置について図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1による画像読取装置の断面図である。図1において、画像読取装置は、照射源(光源)3、プリント配線基板4、放熱板5、凹型の鏡6、第1レンズミラー7、平面鏡8、アパーチャー9、開口部10、第2レンズミラー11、センサIC12、センサ基板13、電子部品15、筐体16及び底板17を備える。
 被照射体1は、文書やメディアなどの被照射体(原稿とも呼ぶ)である。天板2は、被照射体1を支持する透明な天板である。照射源(光源)3は、光を照射する発光ダイオード(LEDとも呼ぶ)などの照射源である。プリント配線基板(LED基板とも呼ぶ)4は、照射源3を固定すると同時に電流を供給するための基板である。放熱板5は、照射源3の発する熱をプリント配線基板4を介して受け空気中に発散する。凹型の鏡6は、照射源3の発する光を原稿1の方向に反射させるとともに略平行光とする。第1レンズミラー(第1レンズとも呼ぶ)7は、原稿1からの散乱光を受光する。平面鏡8は、第1レンズ7からの略平行光を受光し、反射させる。アパーチャー9は、平面鏡8からの略平行光を受光する。開口部10は、アパーチャー9の表面又は近傍に設けられ、周囲が遮光されアパーチャー9を通過する光を制限する。第2レンズミラー(第2レンズとも呼ぶ)11は、アパーチャー9からの通過光を受光し集光する。
 センサIC12は、開口部10を通過した第2レンズ11からの反射光を受光し、光電変換する光電変換回路及びその駆動部からなるMOS半導体構成のセンサIC(受光部とも呼ぶ)である。センサ基板13は、センサIC12を載置するセンサ基板であり、第1センサ基板13aと第2センサ基板13bからなる。電子部品15は、センサ基板13に載置されたコンデンサ、抵抗器などの電子部品である。筐体16は、センサICやミラーで構成した結像手段である結像光学系を固定する。底板17は、レンズや筐体16を固定する。また、センサ基板13には、後述する図5に示すように、センサIC12で光電変換された信号を信号処理する信号処理IC(ASIC)14、及び、ASIC14などを載置する信号処理基板とセンサ基板13とを電気接続する内部コネクタ19が載置される。
 なお、照射源3及びLED基板4及び凹型の鏡6で構成される部分を照明光学系、照明光学系を除き、被照射体1からの反射光(散乱光)が伝搬し、レンズやミラーなどで構成した結像光学系を収納する筐体部分を結像ユニット(結像光学系ユニット)と呼ぶ。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。
 図2は、図1に示した断面図の主走査方向の別位置における断面図である。光の伝搬経路を形成する結像光学系部分は、読み取り位置に対して図1に示すものと対称形の構造となっている。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 図3(a)及び図3(b)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置に搭載する10mmピッチでアレイ状に設置した結像光学系の配置を説明する模式平面図である。
 主走査方向(原稿1の読み取り幅方向)に延在する読み取りラインを中心に受光ラインは片側(副走査方向の一方側)に形成され、隣接する受光ラインはアレイ状に設けられ交互に対称形の構造となっている。第1レンズ7及び第2レンズ11は、このように副走査方向の一方側に配置されたレンズと副走査方向の他方側に配置されたレンズとが交互に隣接するように、底板17の上にちどり状に配置される。図中、図1と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
 図4(a)、図4(b)及び図4(c)は、この発明の実施の形態1による画像読取装置の全体構成図であり、各側面を参照図示した平面図である。図中、図1と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
 図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、第1センサ基板13aと第2センサ基板13bの平面図である。なお、第1センサ基板13aに直線的に配置するセンサIC12と、第2センサ基板13bに直線的に配置するセンサIC12は、互いに平行に配置され、被照射体1の照射部から反射されてくるイメージ情報に対して互いに補間的に読み取る。そのため、1ラインにおいて直線的に配置した隣接するセンサIC12間は隙間が有っても良く、直線的に配置したセンサIC12の配置は、平行する2ラインのなかでは互いにちどり配置となっていても良い。
 図6(a)及び図6(b)は、センサIC12の平面図である。センサIC12は、光電変換部20、光電変換・RGBシフトレジスタ駆動回路21及びワイヤボンディングパッド部22を備える。光電変換部(画素とも呼ぶ)20には、1画素(ビット)に対して赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)からなるゼラチン材などで構成したRGBフィルタが受光面に配置されている。光電変換・RGBシフトレジスタ駆動回路21は、画素20に入射した光をRGBごとに光電変換し、その出力を保持し、駆動する。ワイヤボンディングパッド部22は、センサIC12に信号や電源を入出力するためのものである。
 図7(a)は、実施の形態1による画像読取装置のブロック構成図である。画像読取装置は、増幅器23、アナログ・デジタル変換器(A/D変換器)24、信号処理部25、システムインターフェース回路26、RAM27、CPU28及び光源駆動回路29を備える。増幅器23は、センサIC12で光電変換された信号を増幅する。アナログ・デジタル変換器24は、増幅された光電変換出力をアナログ・デジタル変換する。信号処理部25は、RGB各色のデジタル出力を信号処理する。システムインターフェース回路26は、画像読取装置とシステム本体側との信号をやりとりする。RAM27は、各色のイメージ情報を収納する。CPU28は、画像読取装置の各部の動作を制御する。光源駆動回路29は、光源3を駆動して被照射体1に光を照射させる。
 この発明の実施の形態1による画像読取装置の光学系の動作について説明する。被照射体の主走査方向に亘ってアレイ状に配置された光源3からの光が、被照射体の主走査方向に延在するように配置された凹型の鏡6で反射され、略平行光として被照射体1の照射部に照射される。被照射体1で反射された散乱光は、凹型の第1レンズ7にて、副走査方向の一方側(図1においては、右方向)に傾斜させてコリメートした光として反射される。第1レンズ7からの光は、平面鏡8にて副走査方向の一方側に傾斜させて反射される。平面鏡8からの光は、アパーチャー9の窓(開口部10)に略平行光線束が照射される。さらに窓10から放射する光は第2レンズ11にて副走査方向の一方側に傾斜させて反射され、光束ごとにセンサIC12に入射するので画像情報はセンサIC12の受光面では倒立像となって結像する。
 図2は、被照射体1で反射された散乱光を副走査方向の他方側(図2においては、左方向)に傾斜させて、センサIC12に入射させる光路を示したものであり、図1の動作を副走査方向に直交する面で対称にしたものである。被照射体1で反射した光は、第1レンズ7によって、図1のように垂直方向から副走査方向の一方側へ傾斜させて反射される光路をとるものと、図2のように副走査方向の他方側へ傾斜させて反射される光路をとるものとがある。底板17上にちどり状に配置された第1レンズ7は、このように被照射体1からの反射光を互いに逆向きに傾斜させて反射する第1レンズ7が交互に隣接するように構成される。すなわち、図1及び図2において第1センサ基板13aに載置されたセンサIC12に入射する光路と、第2センサ基板13bに載置されたセンサIC12に入射する光路とは交差しないので、光路の光線干渉がない作用効果がある。
 次に、この発明の実施の形態1による画像読取装置の動作について説明する。図7(a)において、システム本体からのシステムコントロール信号(SYC)とシステムクロック信号(SCLK)に基づき、システムインターフェース回路26を経由して信号処理IC(ASIC)14のクロック信号(CLK)とこれに同期したスタート信号(SI)がセンサIC12に出力される。そして、そのタイミングによりセンサIC12から各画素(n)の連続したアナログ信号が読み取りライン(m)毎に出力される。アナログ信号は図8に示す例では7200画素分を順次出力し、図9に示す分割出力とした例では144画素を単位として出力する。
 増幅器23で増幅されたアナログ信号は、A/D変換器24でA/D変換してデジタル信号に変換され、A/D変換後に各画素(ビット)の信号出力をシェーディング補正や全ビット補正を行う補正回路で処理される。この補正は、あらかじめ白原稿などの基準テストチャートで読み込んだデータを均一化処理した補正データを記憶したRAM27から補正データを読み出し、A/D変換されたイメージ情報に相当するデジタル信号を演算加工することにより行う。このような一連の動作はCPU28の制御により行われる。この補正データは、センサIC12の各素子間の感度ばらつきや光源の不均一性を補正するためのものである。
 次に、この発明の実施の形態1による画像読取装置の駆動タイミングについて図7(b)、図7(c)及び図10(a)~図10(g)を用いて説明する。図7(b)、図7(c)及び図10(a)において、CPU28に連動してASIC14は光源点灯信号(LC)をONし、それを受けて光源駆動回路29はLED3に所定時間電源を供給することにより白色光を発する。図10(b)~図10(f)において、連続的に駆動するCLK信号に同期してスタート信号(SI)はセンサIC12のRGB駆動回路を形成する各素子(画素)のシフトレジスタの出力を順次ONし、対応するスイッチ群がSIG(SO)ラインを順次開閉することでCLKに同期したRGBのイメージ情報(画像出力)を得る。この画像出力は前ラインで読み込み蓄積した各イメージの出力である。なお、図10(g)に示すCNTはカラー/モノクロ切替信号であり、通常、カラーモードの場合はハイレベルとする。1ラインの各色読み取り区間にはBLK(ブランキング)時間を設定し、露光時間の設定可変を行う。従ってBLK区間はすべてのSIG(SO)は開放される。
 次に、順次出力される画像信号SIG(SO)について図11を用いて説明する。図11は主走査方向に対する光の経路を説明する原理図である。被照射体1のイメージ情報となる散乱光は、被照射体(原稿)1の面の点光源から発せられたことを仮定したときに略平行光線束となるように光をコリメートして反射させる第1レンズ7に入射する。アレイ状に配列した各レンズからの光は、平面鏡8の反射を介して、10mmピッチで離散的に設置したアパーチャー9の窓(開口部10)に略平行光線束として照射される。さらに窓10から放射する光は第2レンズ11を介して光束ごとにセンサIC12に入射するので画像情報はセンサIC12の受光面では倒立像となって結像する。従って、各センサIC12の受光部の画素に結像される画像情報は原稿など被照射体1に対して逆像となる。SIG(SO)信号はセンサIC12の駆動回路に設けられたシフトレジスタ順次スイッチング信号によりRGBごとに3系列でアナログ信号として同時に出力される。
 図12は、アレイ状に配列した光学系の同一副走査方向に光を放射するアレイの主走査方向に対する光の経路を説明する原理図である。2列に平行に併設されたセンサIC12(12a、12bで表示)に実効入射する光は、隣接するアレイ毎に異なることを示す。
 図13は、A/D変換されたRGB信号の逆像データの並べ替えと信号処理を説明する図であり、144ビット毎にデータを並べ替え、その後信号処理を行う場合を示す。図13において、各々のRGB(SO)信号は、シフトレジスタ回路で左シフトさせたデータをシフトレジスタ回路で構成された各セルに収納され、ラッチ(LA)される。その後、ライト信号(WR)で順次、センサIC12の1番目のセルからSIG(SO)として並べ替えたデータがRAM27に収納され、補正演算処理が行われる。本実施の形態1では2系列のセンサIC12a、12bからの信号を信号処理するので、次段の比較・照合・間引・修復回路でさらに信号処理する。
 図14は、比較・照合・間引・修復回路を説明するブロック図である。逆像データ並べ替え後、RAM27の一部であるRAM1、RAM2領域に収納したデータを順次出力としてシフトレジスタに入力し、アレイ境界領域のそれぞれのRAM27(RAM1、RAM2)データを比較・照合する。比較・照合は、隣接するアレイ毎に副走査方向に光の経路を反転させているので、同じ側にあるアレイと反対側にあるアレイとの空間による幾分の不要光による反射などによる主走査方向のゴーストを改善するためであり、シフトレジスタの該当位置にある画素の情報を比較後差分し、画像データ出力の重み付けを行う。最外画素のデータほど重み付けを大きくし、内部画素になるほど重み付けを小さくする。また、内部画素領域では、一方の正規反射された光の領域は正規データとし、正規反射されない光の領域は無効データとする。これらのデータはマルチプレクサ回路でアドレス変換してから出力される。また、正規データと無効データ領域とをちどり配置の重なりに沿って補間すべきデータ領域を設定する。
 この補正演算処理された画像データは、特開平8-289166号公報図1に示すようにデータ解析、データ修復などを含むカラーマネジメントシステムで色変換及び色管理エンジンなどにより、システムインターフェース回路26を介してSIG(RGB)カラーデータとして出力される。
 図15は、光学距離について説明する図である。第1レンズ7の一方の焦点位置は、被照射体1と略一致しており、他方の焦点位置はアパーチャー9と一致している。また、第2レンズ11の一方の焦点位置は、アパーチャー9と一致しており、他方の焦点位置はセンサIC12と一致している。すなわち、被照射体1から第1レンズ7までの距離をL1、第1レンズ7から平面鏡8までの距離をL2、平面鏡8からアパーチャー9までの距離をL3、アパーチャー9から第2レンズ11までの距離をL4、第2レンズ11からセンサIC12までの距離をL5と表すと、L2+L3=L1、L4=L5の関係がある。図16は光の経路に加えて光束を具現化した模式図であり、アパーチャー9には平行光が通過することを示している。
 図17は、この発明の実施の形態1における隣接するアレイ状の光学系を合わせた副走査方向の光の経路を具現化したものであり、第1レンズ7から第2レンズ11までの光学距離L2、L3及びL4にわたる経路における光線は略平行光である。
 なお、図1及び図2において被照射体1からの反射光の光軸を垂直方向から微少傾斜させた構成としているが、これは第1レンズ7などの結像光学系をアレイ状にチドリ配置構成した境界領域の信号処理を確実に行なうためである。そのため、チドリ配置構成ではない画像読取装置や、解像度の低い又は読み取りスピードの遅い画像読取装置においては搬送方向に対して垂直方向の光軸としても良い。
 以上から実施の形態1に係る画像読取装置によれば、アレイ状に配置した撮像光学系の隣接する光路を互いに近接することのないように、読み取りラインを中心に交互に対称形に配置した。そのため、簡単で堅牢な構造を構成することで光軸を安定させると同時に、光線の干渉による画質の劣化が低減された画像読取装置を得る効果がある。
実施の形態2.
 この発明の実施の形態1では、被照射体1に対してアレイ型光源を用いて両側から光源を照射した場合について述べたが、実施の形態2では棒状の導光体130を使用する場合について説明する。図18は、この発明の実施の形態2に係る画像読取装置の断面構成図である。図18において、導光体130は光を伝搬させる棒状の導光体であり、被照射体1の主走査方向に延伸して2個配置されている。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 図19は、この発明の実施の形態2に係る導光体を含む光源部分を説明する平面図である。照射源(光源)140は、光を照射する発光ダイオード(LEDとも呼ぶ)などの照射源である。出射部130aは導光体130の出射部である。入射部130bは、導光体130への照明光の入射部である。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示す。
 図19において、LED140から照射された照明光は、導光体130の入射部130bから導光体内部に照射され、導光体内部を伝播するとともに、出射部130aから導光体外部へ放射され、原稿1の照射部をその主走査方向に亘って照射する。
 以上から、この発明の実施の形態2に係る画像読取装置によれば、棒状の導光体130の端部に設置したLED140の照射光を出射部130aから原稿1に照射する様に構成した。これにより、実施の形態1に比べて少ないLEDで画像読取装置を構成する事ができ、小型化においては大きな効果を奏する利点がある。
 なお、導光体130は、この発明の実施の形態2では、被照射体1に対して2個配置する構成としたが、どちらか一方のみで光を照射しても良い。
 上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。
 本出願は、2011年10月25日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願2011-234078号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。
 1 被照射体(原稿)、2 天板、3 照射源(光源、LED)、4 プリント配線基板(LED基板)、5 放熱板、6 凹型の鏡、7 第1レンズミラー(第1レンズ)、8 平面鏡、9 アパーチャー、10 開口部、11 第2レンズミラー(第2レンズ)、12、12a、12b センサIC、13 センサ基板、13a 第1センサ基板、13b 第2センサ基板、14 信号処理IC(ASIC)、15 電子部品、16 筐体、17 底板、19 内部コネクタ、20 光電変換部(画素、ビット)、21 光電変換・RGBシフトレジスタ駆動回路、22 ワイヤボンディングパッド部、23 増幅器、24 アナログ・デジタル変換器(A/D変換器)、25 信号処理部、26 システムインターフェース回路、27 RAM(ランダムアクセスメモリ)、28 CPU、29 光源駆動回路、130 導光体、130a 出射部、130b 入射部、140 照射源(光源、LED)

Claims (10)

  1.  被照射体で反射した光の散乱光をコリメートし、副走査方向へ傾斜させた略平行光線束として反射する主走査方向に沿ってアレイ状に配置した凹形の第1レンズミラーと、
     前記第1レンズミラーからの光を反射する平面鏡と、
     周囲が遮光され、選択的に光を通過させるアレイ状に配置した開口部を介して前記平面鏡からの光を通過させるアレイ状に配置したアパーチャーと、
     前記アパーチャーからの光を入射し、収束光として反射させるアレイ状に配置した凹形の第2レンズミラーと、
     前記第2レンズミラーからの光を入射し、前記開口部からの光に対応して結像する受光領域を有する受光部と、
     を備えた画像読取装置。
  2.  主走査方向に亘って光を照射する光源と、
     前記光源からの光を前記被照射体の方向に反射し、略平行光とする凹型の鏡と、
     を備えた請求項1に記載の画像読取装置。
  3.  前記光源、前記凹型の鏡、前記第1レンズミラー、前記平面鏡、前記アパーチャー、前記第2レンズミラー、及び前記受光部を収納又は保持する筐体、
     を備えた請求項2に記載の画像読取装置。
  4.  前記光源は、前記被照射体の主走査方向に亘ってアレイ状に配置され、
     前記凹型の鏡は、前記被照射体の主走査方向に延在するように配置された、
     請求項2に記載の画像読取装置。
  5.  光源と、
     前記光源からの光を前記被照射体の照射部に照射する導光体と、
     を備えた請求項1に記載の画像読取装置。
  6.  前記光源、前記導光体、前記第1レンズミラー、前記平面鏡、前記アパーチャー、前記第2レンズミラー、及び前記受光部を収納又は保持する筐体、
     を備えた請求項5に記載の画像読取装置。
  7.  前記導光体は、前記光源から入射した光を伝播し、伝播した光を前記被照射体の主走査方向に亘って照射する棒状の導光体である、
     請求項5に記載の画像読取装置。
  8.  前記第1レンズミラーは、隣接するミラーが前記被照射体で反射した光の散乱光を互いに異なる方向に反射するように、主走査方向に沿ってアレイ状に配置される、
     請求項1に記載の画像読取装置。
  9.  前記第1レンズミラーは、前記被照射体で反射した光の散乱光を副走査方向の一方側へ傾斜させた略平行光線束として反射するミラーと、前記被照射体で反射した光の散乱光を副走査方向の他方側へ傾斜させた略平行光線束として反射するミラーと、が交互に隣接するように、主走査方向に沿ってアレイ状に配置される、
     請求項1に記載の画像読取装置。
  10.  前記第1レンズミラーは、前記被照射体の主走査方向に延在する読み取りラインを中心として、副走査方向の一方側に配置されたミラーと、副走査方向の他方側に配置されたミラーと、が交互に隣接するように、ちどり状に配置される、
     請求項1に記載の画像読取装置。
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